EP1584784B1 - Dispositif d'assemblage de brides annulaires, en particulier dans une turbomachine - Google Patents
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- EP1584784B1 EP1584784B1 EP05006674.5A EP05006674A EP1584784B1 EP 1584784 B1 EP1584784 B1 EP 1584784B1 EP 05006674 A EP05006674 A EP 05006674A EP 1584784 B1 EP1584784 B1 EP 1584784B1
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Definitions
- the invention relates to a device for assembling annular flanges, in particular flanges for fastening parts of a rotor or a turbomachine stator.
- parts are assembled to each other by means of annular flanges applied against each other and fastened together by bolts which pass into orifices of the annular flanges, these orifices being distributed over regular way on the turn of the ring flanges.
- flanges are “scalloped”, that is to say that their orifices of passage of the fixing bolts are formed in solid parts which are separated from each other by notches giving these annular flanges a shape in " festoon "or, in other words, a crenellated form with rounded or rectangular edges.
- the scalloped flange is not securely fastened to the other flanges, it is only pinched axially between the other flanges and it is capable of shifting angularly and radially in case of loosening of the fixing bolts or by centrifugal effect .
- the object of the invention is in particular to provide a simple, effective and inexpensive solution to this problem.
- a device for assembling at least two annular flanges such as, for example, flanges for fastening parts of a rotor or a turbomachine stator, comprising fastening means such as bolts. or the like passing through orifices of said flanges, a first one of the flanges having a scalloped or crenellated shape and including notches formed between solid portions having the passage orifices of the fastening means, characterized in that a second of the annular flanges has its face facing the first flange at least one projecting element intended to engage axially in a notch of the first flange for correct angular positioning of the two flanges relative to each other.
- the stacked flanges are well applied to one another when their relative angular positioning is correct.
- the two flanges are spaced axially from each other and this axial spacing is perceptible by the operator in charge of the assembly which is thus informed of the bad angular positioning of the flanges and which can there remedy.
- the projecting element is a keying means signaling the operator whether the angular positioning of the flanges between them is correct or not.
- the aforementioned projecting element is a stud attached to the second of the two flanges.
- the aforementioned projecting element is a stud machined or cut on the second of the two flanges.
- the pin or lug formed projecting on the second flange can engage in any of the indentations of the first flange when the relative angular positioning of the two flanges is correct.
- the pin or the pin abuts on a solid part and prevents the axial application of the two flanges one on the other.
- the device according to the invention is in particular intended for the assembly of annular fixing flanges which are presented by rotor disks, by a drive cone and by an axial retaining part of the blade roots on one of the disks.
- a turbomachine in particular in a low-pressure turbine of a turbojet engine, but is generally applicable in industry, in particular whenever a scalloped or crenellated annular flange must be assembled to other annular flanges.
- the figure 1 is a partial view of a low-pressure turbine 10 of a turbojet, comprising three stages of moving blades 12, 14, 16 and two stages of fixed vanes 18, 20.
- the fixed blades 18, 20 are mounted by means not shown, at their radially external ends on the turbojet engine casing and the blades 12, 14, 16 are mounted by appropriate means, for example with dovetails or the like, at their radially inner ends on three disks 22, 24, 26 of the rotor.
- Each disk 22, 24, 26 comprises an upstream annular flange and a downstream annular flange, these flanges serving for fixing the disks together and on a driving cone 28 connected to the shaft of the turbomachine as well as to the fastening of annular flanges holding the blade roots on the discs.
- the upstream disk 22 comprises an upstream annular flange 30 on which is fixed by means of bolts an annular flange 32 for retaining the feet of the blades 12 on the disk 22, and a downstream annular flange 34 fixed by bolts to a flange.
- the intermediate disk 24 comprises a downstream annular flange 40 fixed by bolts to an upstream annular flange 42 of the downstream disk 26 as well as to an annular flange 44 of a flange 46 for retaining the feet of the blades 16 on the disk 26 and to an annular flange 48 of the drive cone 28, the flanges 44 and 48 being clamped between the annular flanges 40 and 42 of the discs 24 and 26.
- the assembly device according to the invention more particularly concerns the annular flanges 40, 42, 44 and 48 of the discs 24 and 26, the flange 46 and the drive cone 28, the characteristics of which are better visible at Figures 2 and 3 , but could possibly apply to the flanges 34, 36 and to the flange 38.
- annular flanges 36 and 40 of the disc 24 and the annular flange 48 of the driving cone are scalloped or crenellated, that is to say comprise solid portions 50, 52 having orifices 54, 56 for the passage of the bolts 58 fixing, these solid parts 50, 52 being separated from each other by notches 60, 62.
- annular flange 42 of the downstream disk 26 which is not shown in FIGS. Figures 2 and 3 , is also scalloped. Only the annular flange 44 of the flange 46 for retaining the feet of the blades 16 on the downstream disc 26 is not scalloped and extends continuously 360 degrees.
- the disks are stacked vertically on each other and the fixing bolts 58 are mounted blind.
- the heads of these bolts are supported on the downstream annular flange 40 of the intermediate disc 24 and the nuts are supported on the annular flange 42 of the downstream disc 26.
- the bolts are engaged in the orifices formed in the continuous annular flange 44 of the flange annular 46 without risk of error, and must be engaged in the orifices 56 of the scalloped annular flange 48 of the drive cone 28, as shown in FIG. figure 2 .
- the annular flange 48 of the drive cone 28 may not be angularly positioned correctly relative to the other annular flanges and be offset angularly of a half-pitch between the orifices 56 of passage of the bolts, as shown in FIG. figure 3 .
- the bolts 58 which are engaged in the orifices 54 of the annular flange 40 of the disk 24, in the orifices of the continuous annular flange 44 of the flange 46 as well as in the orifices formed in the annular flange 42 of the downstream disk 26 , pass between the solid portions 52 of the annular flange 48 of the drive cone 28, which is not then securely fixed to the other flanges but simply pinched axially between the annular flange 44 of the flange 46 and the annular flange 42 of the disc downstream 26.
- the purpose of the device according to the invention is to avoid this drawback thanks to the means which are schematically represented in FIGS. Figures 4 to 6 .
- these means comprise ( Figure 4 ) a cylindrical pin 64 which is formed in axial projection on the face of the annular flange 44 of the flange 46 which is intended to be applied on the annular flange 48 of the drive cone 28.
- the cylindrical pin 64 is situated substantially in the middle between two consecutive orifices and has a diameter greater than that of the orifices 56 for the passage of the bolts 58 so as not to enter these passages.
- the pin 64 may have any diameter and be offset radially relative to the orifices 56 for the passage of the bolts 58.
- annular flange 44 of the flange 46 may comprise several of these cylindrical pins 64, advantageously distributed symmetrical around the axis of rotation.
- the cylindrical pin or pins 64 are for example attached to the annular flange 44 and fixed thereto by screwing, riveting or any other appropriate means.
- the annular flange 44 of the flange 46 comprises, on its face intended to be applied to the annular flange 48 of the drive cone, one or lugs 66 positioned as the aforementioned cylindrical pin or 64, between the holes for the passage of the bolts of fixation. Unlike the cylindrical pins 64 reported, these lugs 66 are cut by machining in the mass of the annular flange 44.
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Description
- L'invention concerne un dispositif d'assemblage de brides annulaires, en particulier de brides de fixation de pièces d'un rotor ou d'un stator de turbomachine.
- Dans les étages de turbine basse-pression des turboréacteurs, des pièces sont assemblées les unes aux autres au moyen de brides annulaires appliquées les unes contre les autres et fixées ensemble par des boulons qui passent dans des orifices des brides annulaires, ces orifices étant répartis de façon régulière sur le tour des brides annulaires.
- Certaines de ces brides sont « festonnées », c'est-à-dire que leurs orifices de passage des boulons de fixation sont formés dans des parties pleines qui sont séparées les unes des autres par des échancrures donnant à ces brides annulaires une forme en « feston » ou, en d'autres termes, une forme crénelée à bords arrondis ou rectangulaires.
- Dans le cas d'une turbine basse-pression de turboréacteur, les différentes pièces sont empilées verticalement les unes sur les autres et leur fixation au moyen de boulons passant par les orifices des brides annulaires se fait en aveugle. Il se peut donc qu'une bride festonnée soit décalée angulairement par rapport aux autres brides d'un demi-pas entre les orifices de passage des boulons de fixation et qu'alors les boulons enfilés dans les orifices des autres brides passent dans les échancrures de la bride festonnée et non plus dans les orifices prévus dans les parties pleines de la bride. Dans ce cas, la bride festonnée n'est pas fixée solidement aux autres brides, elle n'est que pincée axialement entre les autres brides et elle est susceptible de se décaler angulairement et radialement en cas de desserrage des boulons de fixation ou par effet centrifuge.
- Aucun moyen n'est prévu pour assurer un positionnement angulaire correct des brides annulaires de fixation, si ce n'est le soin des opérateurs chargés du montage, et aucun moyen permettant de signaler un mauvais positionnement angulaire aux opérateurs n'est prévu.
- Les documents
EP-A-1 496 266 , etGB-A-800 491 DE-A-35 32 929 décrivent des assemblages par boulons de brides annulaires dont certaines sont festonnées ou comportent des échancrures destinées à recevoir des boulons de fixation d'autres brides annulaires ou de masses d'équilibrage en rotation, aucun moyen n'étant prévu pour assurer un positionnement angulaire des brides les unes par rapport aux autres. - L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et peu coûteuse à ce problème.
- Elle propose, à cet effet, un dispositif d'assemblage d'au moins deux brides annulaires telles par exemple que des brides de fixation de pièces d'un rotor ou d'un stator de turbomachine, comprenant des moyens de fixation tels que des boulons ou analogues passant dans des orifices desdites brides, une première des brides ayant une forme festonnée ou crénelée et comprenant des échancrures formées entre des parties pleines comportant les orifices de passage des moyens de fixation, caractérisé en ce qu 'une seconde des brides annulaires présente sur sa face tournée vers la première bride au moins un élément en saillie destiné à s'engager axialement dans une échancrure de la première bride pour un positionnement angulaire correct des deux brides l'une par rapport à l'autre.
- Grâce à ces éléments en saillie qui s'engagent axialement dans les échancrures, les brides empilées sont bien appliquées l'une sur l'autre quand leur positionnement angulaire relatif est correct. Dans le cas contraire, les deux brides sont écartées axialement l'une de l'autre et cet écartement axial est perceptible par l'opérateur chargé du montage qui est ainsi informé du mauvais positionnement angulaire des brides et qui peut y remédier.
- L'élément en saillie constitue un moyen de détrompage signalant à l'opérateur si le positionnement angulaire des brides entre elles est correct ou non.
- Dans un premier mode de réalisation de l'invention, l'élément en saillie précité est un pion rapporté sur la seconde des deux brides.
- Dans une variante de réalisation de l'invention, l'élément en saillie précité est un ergot usiné ou taillé sur la seconde des deux brides.
- Dans ces deux réalisations, le pion ou l'ergot formé en saillie sur la seconde bride peut s'engager dans l'une quelconque des échancrures de la première bride quand le positionnement angulaire relatif des deux brides est correct. Dans le cas contraire, le pion ou l'ergot vient buter sur une partie pleine et empêche l'application axiale des deux brides l'une sur l'autre.
- Le dispositif selon l'invention est en particulier destiné à l'assemblage de brides annulaires de fixation qui sont présentées par des disques de rotor, par un cône d'entraînement et par une pièce de retenue axiale des pieds d'aubes sur un des disques dans une turbomachine, en particulier dans une turbine basse-pression d'un turboréacteur, mais est de façon générale applicable dans l'industrie, notamment à chaque fois qu'une bride annulaire festonnée ou crénelée doit être assemblée à d'autres brides annulaires.
- L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- La
figure 1 est une vue schématique partielle en coupe d'une turbine basse-pression d'un turboréacteur, représentant un assemblage de brides annulaires selon la technique antérieure ; - La
figure 2 est une vue schématique partielle en perspective représentant le positionnement angulaire correct de trois brides du dispositif de lafigure 1 ; - La
figure 3 est une vue schématique partielle en perspective représentant le positionnement angulaire incorrect de trois brides du dispositif de lafigure 1 ; - La
figure 4 est une vue schématique partielle en perspective correspondant à lafigure 2 et représentant un premier mode de réalisation du dispositif selon l'inventivn ; - La
figure 5 est une vue schématique partielle en perspective correspondant à lafigure 3 et représentant le premier mode de réalisation du dispositif selon l'invention ; - La
figure 6 est une vue schématique partielle en perspective d'une bride selon un second mode de réalisation de l'invention. - La
figure 1 est une vue partielle d'une turbine basse-pression 10 d'un turboréacteur, comprenant trois étages d'aubes mobiles 12, 14, 16 et deux étages d'aubes fixes 18, 20. - Les aubes fixes 18, 20 sont montées par des moyens non représentés, à leurs extrémités radialement externes sur le carter du turboréacteur et les aubes mobiles 12, 14, 16 sont montées par des moyens appropriés, par exemple à queue d'aronde ou analogue, à leurs extrémités radialement intemes sur trois disques 22, 24, 26 du rotor.
- Chaque disque 22, 24, 26 comprend une bride annulaire amont et une bride annulaire aval, ces brides servant à la fixation des disques entre eux et sur un cône d'entraînement 28 relié à l'arbre de la turbomachine ainsi qu'à la fixation de flasques annulaires de retenue des pieds d'aubes sur les disques.
- Plus précisément, le disque amont 22 comprend une bride annulaire amont 30 sur laquelle est fixé au moyen de boulons un flasque annulaire 32 de retenue des pieds des aubes 12 sur le disque 22, et une bride annulaire aval 34 fixée par des boulons à une bride annulaire amont 36 du disque intermédiaire 24 et à un flasque annulaire 38 de retenue des pieds des aubes 14 sur le disque intermédiaire 24.
- Le disque intermédiaire 24 comprend une bride annulaire aval 40 fixée par des boulons à une bride annulaire amont 42 du disque aval 26 ainsi qu'à une bride annulaire 44 d'un flasque 46 de retenue des pieds des aubes 16 sur le disque 26 et à une bride annulaire 48 du cône d'entraînement 28, les brides 44 et 48 étant serrées entre les brides annulaires 40 et 42 des disques 24 et 26.
- Le dispositif d'assemblage selon l'invention intéresse plus particulièrement les brides annulaires 40, 42, 44 et 48 des disques 24 et 26, du flasque 46 et du cône d'entraînement 28, dont les caractéristiques sont mieux visibles aux
figures 2 et 3 , mais pourrait s'appliquer éventuellement aux brides 34, 36 et au flasque 38. - On voit sur les
figures 2 et 3 que les brides annulaires 36 et 40 du disque 24 et la bride annulaire 48 du cône d'entraînement sont festonnées ou crénelées, c'est-à-dire comprennent des parties pleines 50, 52 comportant des orifices 54, 56 de passage des boulons 58 de fixation, ces parties pleines 50, 52 étant séparées les unes des autres par des échancrures 60, 62. - La bride annulaire 42 du disque aval 26, qui n'est pas représentée aux
figures 2 et 3 , est également festonnée. Seule la bride annulaire 44 du flasque 46 de retenue des pieds des aubes 16 sur le disque aval 26 n'est pas festonnée et s'étend de façon continue sur 360 degrés. - Au montage, les disques sont empilés verticalement les uns sur les autres et les boulons de fixation 58 sont montés en aveugle. Les têtes de ces boulons sont en appui sur la bride annulaire aval 40 du disque intermédiaire 24 et les écrous sont en appui sur la bride annulaire 42 du disque aval 26. Les boulons sont engagés dans les orifices formés dans la bride annulaire continue 44 du flasque annulaire 46 sans risque d'erreur, et doivent être engagés dans les orifices 56 de la bride annulaire festonnée 48 du cône d'entraînement 28, comme représenté en
figure 2 . - Du fait de l'empilement axial des pièces et du montage en aveugle des boulons de fixation, il se peut que la bride annulaire 48 du cône d'entraînement 28 ne soit pas positionnée angulairement de façon correcte par rapport aux autres brides annulaires et soit décalée angulairement d'un demi-pas entre les orifices 56 de passage des boulons, comme représenté en
figure 3 . - Dans ce cas, les boulons 58 qui sont engagés dans les orifices 54 de la bride annulaire 40 du disque 24, dans les orifices de la bride annulaire continue 44 du flasque 46 ainsi que dans les orifices formés dans la bride annulaire 42 du disque aval 26, passent entre les parties pleines 52 de la bride annulaire 48 du cône d'entraînement 28, celle-ci n'étant pas alors fixée de façon sûre aux autres brides mais simplement pincée axialement entre la bride annulaire 44 du flasque 46 et la bride annulaire 42 du disque aval 26.
- Le dispositif selon l'invention a pour but d'éviter cet inconvénient grâce aux moyens qui sont représentés schématiquement aux
figures 4 à 6 . - Dans un premier mode de réalisation de l'invention, ces moyens comprennent (
Figure 4 ) un pion cylindrique 64 qui est formé en saillie axiale sur la face de la bride annulaire 44 du flasque 46 qui est destinée à être appliquée sur la bride annulaire 48 du cône d'entraînement 28. - Le pion cylindrique 64 est situé sensiblement au milieu entre deux orifices consécutifs et a un diamètre supérieur à celui des orifices 56 de passage des boulons 58 afin de ne pas entrer dans ces passages. En variante, le pion 64 peut avoir un diamètre quelconque et être décalé radialement par rapport aux orifices 56 de passage des boulons 58.
- De cette façon, lorsque le positionnement angulaire des brides annulaires est correct et que les boulons 58 passent dans les orifices formés dans la bride annulaire 48 du cône d'entraînement 28, le pion 64 se trouve, comme représenté en
figure 4 , entre deux parties pleines 52 de la bride annulaire 48 et ne gêne pas l'application des brides annulaires 44 et 48 l'une sur l'autre. - Par contre, lorsque le positionnement angulaire des brides 44 et 48 est incorrect comme représenté en
figure 5 , c'est-à-dire lorsque les boulons 58 passent entre les parties pleines 52 de la bride annulaire 48 du cône d'entraînement, le pion cylindrique 64 se trouve en appui sur une partie pleine 52 de la bride annulaire 48 et empêche les brides annulaires 44 et 48 d'être appliquées l'une sur l'autre. L'écart axial entre ces deux brides est perceptible par l'opérateur qui réalise le montage et qui peut donc corriger le positionnement angulaire des brides annulaires et remettre les boulons 58 en place en les faisant passer dans les orifices 56 de la bride annulaire 48 du cône d'entraînement. - Bien entendu, la bride annulaire 44 du flasque 46 peut comporter plusieurs de ces pions cylindriques 64, répartis avantageusement de façon symétrique autour de l'axe de rotation.
- Le ou les pions cylindriques 64 sont par exemple rapportés sur la bride annulaire 44 et fixés sur celle-ci par vissage, rivetage ou tout autre moyen approprié.
- Dans la variante de réalisation représentée en
figure 6 , la bride annulaire 44 du flasque 46 comprend, sur sa face destinée à être appliquée sur la bride annulaire 48 du cône d'entraînement, un ou des ergots 66 positionnés comme le ou les pions cylindriques 64 précités, entre les orifices de passage des boulons de fixation. A la différence des pions cylindriques rapportés 64, ces ergots 66 sont taillés par usinage dans la masse de la bride annulaire 44. - Bien entendu, diverses modifications évidentes pour l'homme du métier peuvent être apportées aux moyens qui ont été décrits et représentés, dès lors que le positionnement angulaire correct des brides annulaires est défini par l'engagement d'au moins un élément en saillie formé sur une des brides dans une échancrure de l'autre bride.
Claims (6)
- Dispositif d'assemblage d'au moins deux brides annulaires telles par exemple que des brides de fixation de pièces d'un rotor ou d'un stator de turbomachine, comprenant des moyens de fixation tels que des boulons (58) ou analogues passant dans des orifices desdites brides, une première (48) des brides ayant une forme festonnée ou crénelée et comprenant des échancrures (62) formées entre des parties pleines (52) comportant les orifices (56) de passage des moyens de fixation, caractérisé en ce qu' une seconde (44) des brides annulaires présente sur sa face tournée vers la première bride au moins un élément en saillie (64, 66) destiné à s'engager axialement dans l'une des échancrures (62) de la première bride pour un positionnement angulaire correct des deux brides (44, 48) l'une par rapport à l'autre.
- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit ou lesdits éléments (64, 66) écartent axialement les deux brides (44, 48) l'une de l'autre quand le positionnement angulaire de ces deux brides est incorrect.
- Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le ou chaque élément est un pion (64) rapporté sur la seconde bride annulaire (44).
- Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le ou chaque élément est un ergot (66) usiné ou taillé sur la seconde bride annulaire (44).
- Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est utilisé pour fixer aux brides précitées (44, 48) deux brides annulaires additionnelles (40, 42) présentées par des disques de rotor (24, 26), les deux premières brides (44, 48) étant présentées par un flasque annulaire (46) de retenue de pieds d'aubes sur l'un des disques de rotor et par un cône d'entraînement (28) dans une turbomachine, en particulier dans un étage de turbine basse-pression d'un turboréacteur.
- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la bride annulaire (44) du flasque (46) de retenue axiale de pieds d'aubes est serrée axialement sur la bride annulaire festonnée ou crénelée (48) du cône d'entraînement (28) et comporte au moins un élément en saillie (64, 66) destiné à s'engager axialement dans l'une des échancrures (62) de la bride annulaire (48) du cône d'entraînement quand le positionnement angulaire de ces deux brides annulaires l'une par rapport à l'autre est correct, les deux brides (44, 48) du flasque de retenue et du cône d'entraînement étant serrées entre les deux brides annulaires (40, 42) des disques de rotor (24, 26).
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